在多孔气体扩散电极内的二碳酸盐和pH的近电极度梯度,用于优化选择性CO2电降解到C2+的产品
Yao Tan1, Xiqing Wang1, Xiangqiong Liao1
1Hunan Joint International Research Center for Carbon Dioxide Resource Utilization, School of Physics, Central South University, Changsha 410083, People's Republic of China.
在气体扩散电极 (GDE) 中优化多孔催化剂层 (CL) 可增强二氧化碳减排反应 (CO2RR). 较高孔径的CLs缓冲性,并提高对有价值的C2+产品的CO2RR选择性.
科学领域:
- 电化学 电化学 电化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
背景情况:
- 在二氧化碳还原反应 (CO2RR) 中,高电流密度会在电极附近产生碳酸 (HCO3-) 和基 (OH-) 离子的度梯度.
- 这些梯度显著影响了对高价值C2+产品的选择性.
研究的目的:
- 为了研究气体扩散电极 (GDE) 中多孔催化剂层 (CL) 结构对近电极度梯度的影响.
- 为了将CL孔隙与局部性缓冲和反应剂 (H+和CO2) 供应相关联.
- 提高CO2RR中的C2+产品的选择性.
主要方法:
- 使用COMSOL多物理模拟的近电极度梯度用于GDE中的不同多孔Cu基CL.
- 通过不同速率的真空热蒸发,制备了具有不同孔径的CL.
- 描述了CL结构,并进行了液体透性测试.
主要成果:
- 较高孔径的CL显示出较好的局部性缓冲和更好的H+和CO2供应.
- 结构特征和透性测试证实了多孔CLs对度梯度的影响.
- 高孔隙性CL (Cu-HP) 在500mA cm-2下实现了C2+法拉第效率 (FE) ~79.61%,明显超过低孔隙性CL (Cu-LP) 的FE ~38.20%.
结论:
- 多孔催化剂层工程对于在CO2RR中管理近电极环境至关重要.
- 优化的CL孔隙性有效地减轻了有害的度梯度.
- 这种方法显著提高了从减少二氧化碳中生产有价值的C2+产品的选择性和效率.
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